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Vol.31No.52005-10华东理工大学学报(自然科学版) Journ al of E as t Chin a University of Science an d T echnology (Natu ral S cience Edition) E -mail :w lxue@ 收稿日期:2004-09-06作者简介:刘 为(1979-),女,湖南人,硕士研究生。
文章编号:1006-3080(2005)05-0589-04错流超滤膜污染模型刘 为, 曾作祥*, 薛为岚, 姚亚丽(华东理工大学化工学院,上海200237) 摘要:采用临界粒径(d pc )和沉积概率( )两个概念,研究了错流超滤中膜污染的机理,并假设只有小于d pc 的粒子才会以一定的沉积概率堵塞膜孔,形成沉积层,从而造成膜通量的衰减。
在此基础上,建立了膜污染速率与沉积速度之间的函数关系,导出了两参数渗透动力学模型。
结果表明:模型获得的膜通量计算值与实验值的平均误差为4.15%,模型能较好地描述错流超滤中的渗透通量随时间的变化规律。
关键词:超滤;膜污染;机理;模型中图分类号:T Q028.8文献标识码:AA Filtration Model for Membrane Fouling DuringCrossflow UltrafiltrationL I U W ei , ZE N G Zuo -x iang *, X UE W ei -lan , YA O Ya -li(School of Chemical E ngineering ,E ast China Univer sity o f Science and T echnology ,Shanghai 200237,China )Abstract :The m echanism of m em br ane fouling during ultrafiltration was studied.By introducing the co nceptio n o f critical particle diameter (d pc )and depositon probablity ( ),w e assume that the decreasing of permeat flux is due to the po re blockag e and the form ation of depositio n layer,w hich are o nly for med by particle diameter less than d pc at certain deposition probability .A relatio nship betw een fouling rate and deposition velocity is form ulated,and a theoretical m odel w ith tw o param eters is developed to descr ibe the time -depend decline of perm eat flux w ith the av er ag e deviation of 4.15%.T he study indicate that the model is in go od agreement w ith the ex perim ental data during cross -flow ultrafiltration in literatures .Key words :ultrafiltration;membrane fo uling ;mechanism ;mo del 超滤技术以其操作压力不高、高效节能、对环境无污染等优点,广泛应用于饮用水处理、制药、生物制品、污水处理等行业。
!试验研究#PE 管式膜错流过滤性能试验研究3刘仁桓1 陈海平1 赵 旭2 王振波1 金有海1(11中国石油大学(华东) 21中国石油抚顺石化公司) 摘要 为了研究PE 管式膜的错流过滤性能,选用PE 管式膜作为过滤元件进行错流过滤试验,测试分析操作参数对错流过滤性能的影响。
试验结果表明:在错流过滤条件下,过滤稳定通量和初始通量都随操作压力的增加而线性增大;悬浮液浓度越大,过滤通量降低速度越快,并且随着浓度的增加,过滤的稳定通量略有下降;随着过滤错流速度的增大,过滤通量下降的速度变慢;过滤稳定通量随错流速度的增大,先迅速增大,在2m /s 左右达到峰值,然后缓慢下降。
关键词 PE 管式膜 操作参数 错流过滤 通量 影响引 言随着近代高科技的发展,膜的开发和研究领域日益拓宽,被认为是20世纪末到21世纪中期最具有发展前途的高技术之一[1-3]。
微孔膜错流过滤能阻止滤饼生成,并控制浓差极化现象,使膜组件有较高的稳定渗透通量和分离效能,是当前应用最为广泛的膜过滤技术。
PE 膜具有过滤精度高、耐腐蚀性能好、再生操作方便等优点,用于硫化氢制氢工艺[4]可从酸性介质中分离硫磺颗粒。
膜过滤的影响因素很多,过滤机理的研究还跟不上工业应用[5]。
为此需要研究各种溶质、溶剂以及各种膜的特性,还要研究它们之间的作用和操作条件的影响。
笔者主要研究PE 管式膜错流过滤、膜错流过滤的性能以及影响因素,为膜组件的优化和过滤机理的分析提供指导。
试 验 装 置试验装置流程如图1所示。
料罐中的悬浮液经搅拌器充分搅拌均匀后,由离心泵吸入,经流量计和管路系统进入过滤器。
由过滤器过滤后,过滤清液经流量计和管路系统返回料罐,浓缩液经管路系统返回料罐,混合后循环试验。
系统压力由014级精密压力表测量,过滤器的进、出口流量分别选用LZ B —25和LZ B —15型转子玻璃流量计测量。
图1 试验装置流程图试验物料采用FCC 平衡催化剂,用CoulterLS230激光粒度仪测得溶质颗粒的平均粒径为1818μm ,颗粒粒度分布见图2。
影响MBR膜通量的因素有哪些？随着城市化进程的快速进展，环境污染日益严重，水资源供应短缺。
膜生物反应器（MBR）技术的应用成为水处理领域的热点。
但是，MBR 技术的应用受到膜通量的限制， MbR膜通量的高处与低处影响着水处理设备的性能和水资源利用效率。
本文将从膜材料、水质、微生物和操作条件四个方面分析影响MBR膜通量的因素，以期优化膜反应器的操作，提高膜通量，提高水处理效率。
1. 膜材料膜材料是MBR膜通量影响的紧要因素。
MBR膜依据材料的不同可以分为有机膜、无机膜和混合膜三种类型。
不同的材料具有不同的透水性、抗污染性和耐久性。
小孔径、静电作用和表面张力是影响MBR膜通量的紧要因素。
在MBR的应用过程中，材料的选择应依据不同需求进行选择。
•小孔径是MBR膜过滤的基础。
越小的孔径会提高MBR膜的截留效果，但也会加添MBR膜的阻力，降低膜通量，需要更高的压力才能使水通过膜孔。
因此在膜材料的选择上，需要依据应用场景的要求进行综合考虑。
•静电作用也是影响MBR膜通量的紧要因素之一、由于膜材料含有的静电会吸附在膜上的病毒菌群，导致膜上物质的浓度上升，最后导致通量的降低。
因此，MBR膜材料的选择也要考虑材料表面的静电性能。
•表面张力也会对MBR膜通量造成确定的影响。
表面张力越大，则水分子被吸附在膜上的时候就会更加紧密，会影响通量的提高。
因此，在MBR膜材料的选择上，还需要考虑表面张力对通量的影响。
2. 水质水体的原水质量不同会影响MBR膜通量。
水质中较高的有机质和悬浮颗粒简单堵塞膜孔，导致通量下降。
生物圈内的微生物在生长繁殖过程中会产生颗粒污染物，聚集在MBR膜表面，导致病毒菌群浓度过高，最后影响MBR膜的透水性能。
•悬浮颗粒：水中的悬浮颗粒是影响MBR膜通量的紧要因素之一、高浓度的颗粒会简单堵塞膜孔，导致通量下降。
因此，在MBR膜的使用过程中，需要依据水质的不同选择合适的预处理方法。
比如，沉淀法可以使大部分的悬浮颗粒沉淀下来，削减MBR膜的负担。
膜通量是膜分离过程中重要的一项工艺参数，是指单位时间内通过单位膜面积上的流体量，影响膜通量的因素主要有四点。
因素一：压力，在超滤中膜两侧压力差△P对通量和截留率的影响，在超滤中，压力升高引起膜面浓缩升高，则透过膜的溶质也增大，因而截留率减小。
因素二：浓度，当以微滤过滤菌体时，通量与浓度的关系不同于超滤，在谷氨基酸发酵液的微滤中：开始通量下降很快，可能是由于膜面的污染；然后通量变化较小，可能由于管状收缩效应引起通量的增加和浓度增大引起的降低互相对消，最后通量急剧降低。
因素三：流速，根据浓差极化，凝胶层模型，流速较大，可使通量增大。
对于超滤，通常在略低于极限通量的条件下操作。
虽然增大流速可以加大通量，但需考虑：只有当通量为浓差极化控制时，增大流速才会使通量增加；增大流速会使膜两侧压力差减小，因为流经通道的压力将增大；增大流速，使剪切力增加，对某些蛋白质不利；动力消耗增加。
因素四：温度，在超滤或微滤中，一般来说，温度升高都会导致通量增大，因为温度升高使粘度降低和扩散系数增大。
所以操作温度的选择原则是：在不影响料液和膜的稳定范围内，尽量选择较高的温度。
由于水的粘度每升高1℃，约降低2.5%，所以，一般可认为，每升高1℃，通量约增加3%。
膜通量是膜分离过程中重要的一项工艺参数，是指单位时间内通过单位膜面积上的流体量，影响膜通量的因素主要有四点。
因素一：压力，在超滤中膜两侧压力差△P对通量和截留率的影响，在超滤中，压力升高引起膜面浓缩升高，则透过膜的溶质也增大，因而截留率减小。
因素二：浓度，当以微滤过滤菌体时，通量与浓度的关系不同于超滤，在谷氨基酸发酵液的微滤中：开始通量下降很快，可能是由于膜面的污染；然后通量变化较小，可能由于管状收缩效应引起通量的增加和浓度增大引起的降低互相对消，最后通量急剧降低。
因素三：流速，根据浓差极化，凝胶层模型，流速较大，可使通量增大。
对于超滤，通常在略低于极限通量的条件下操作。
虽然增大流速可以加大通量，但需考虑：只有当通量为浓差极化控制时，增大流速才会使通量增加；增大流速会使膜两侧压力差减小，因为流经通道的压力将增大；增大流速，使剪切力增加，对某些蛋白质不利；动力消耗增加。
因素四：温度，在超滤或微滤中，一般来说，温度升高都会导致通量增大，因为温度升高使粘度降低和扩散系数增大。
所以操作温度的选择原则是：在不影响料液和膜的稳定范围内，尽量选择较高的温度。
由于水的粘度每升高1℃，约降低2.5%，所以，一般可认为，每升高1℃，通量约增加3%。
旋转错流式膜组件浓缩微藻过程中金属离子对膜通量的影响旋转错流是一种新型的错流过滤方式，相比于传统的错流方式，具有操作简便、体积小、能耗低的特点。
微藻浓缩是生物柴油生产过程中的一个重要步骤，通过旋转错流式膜组件对微藻进行浓缩具有良好的工业化前景。
本文通过实验，研究了添加金属离子对膜通量的影响。
标签：错流过滤；微藻；浓缩；金属离子；膜通量传统错流过滤方式是通过驱动力推动原液，使原液和膜片之间形成切向力，利用原液冲刷膜片表面堆积的泥饼层，延长膜片寿命，提高过滤效率。
但这种方式能耗高，设备复杂，在工业化应用中成本较高。
旋转错流式过滤改变了驱动力的作用对象，膜组件在液下通过程控旋转实现主动式错流过滤，消除浓差极化，提高膜通量，并充分利用旋转产生冲刷剪切力和滤液湍流，防止滤层产生通过电机驱动膜片转动，从而在不影响过滤效率的同时降低了能耗，设备体积大大缩小。
本实验通过该设备，研究金属离子浓度对膜通量的影响。
1 实验装置与方法1.1 微藻的培养本实验选取的藻种是螺旋藻钝顶835，所采用的培养基是Zarrouk培养基[2]，培养环境设定为30℃恒温，微藻浓度通过北京普析通用仪器有限责任公司生产的T6新世纪型紫外可见分光光度计，在560nm波长下进行测定。
1.2 实验装置实验装置如图所示，实验通过搅拌器模拟错流过程，膜片孔径为0.4 μm，压力探头采用Omega公司生产的PX302-015GV型压力传感器，测压区间为0-15 PSIG，抽吸泵压力为0-1 MPa。
1.3 试验方法实验所用藻液是经过预先浓缩的藻液，培养的微藻原液浓度为0.392—0.433 g/L，使用前需浓缩为2.20 g/L和4.00 g/L，并添加不同浓度的金属盐。
每次实验前用蒸馏水测定膜的纯水通量，实验初始压力为0.3 MPa，每隔半小时提高0.1 MPa，试验后用蒸馏水对膜片进行冲洗，再次用蒸馏水测定其水通量，以判断其不可逆污染程度。
搅拌器转速为110 rap/min。
